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EAST项目进展

1993年10月,以欧共体聚变部名誉主任帕仑布教授为首的来自国际上各大核聚变实验室的12位著名聚变科学家,对等离子体所当时正在建设的HT-7超导托卡马克装置和研究所聚变研究发展战略进行了评议,等离子体所在会上第一次提出分三阶段实施聚变科学研究的计划。

1994年底,中科院基础局邀请6位院士和8位专家在合肥召开了“HT-7U超导托卡马克计划座谈会”,HT-7U计划首次较正式提出。

1996年初,部分两院院士在北京京西宾馆对“九五”国家重大科学工程项目进行初步评估,HT-7U装置建设第一次得到国家级专家的赞同并被列入前十位项目中。

1997年6月,国家科技领导小组批准中国科学院关于“HT-7U大科学工程项目立项”的申请,该项目正式进入国家重大科学工程项目的立项操作程序。

1997年10月,国家计委委托中科院主持召开“HT-7U工程项目建议书专家评估会”;该项目的建设方案和计划获得与会专家的好评。

1998年4月10-11日,HT-7U正式通过了国家计委委托中国国际工程咨询公司主持召开的HT-7U项目建议书专家评估会的评估论证。

1998年7月8日,国家计委正式批复HT-7U项目建议书(计投资[1998]1303号文),同意由中国科学院主持,中科院等离子体所承担国家重大科学工程项目“HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置”的建造,投资1.65亿元。 

1998年10月,HT-7U可行性研究报告通过了中科院基建局主持的专家评估会。

1998年12月,HT-7U可行性报告被批准。

1999年10月,HT-7U扩初设计和概算被批准 。

2000年10月,国家计委正式批准HT-7U开工建设(计投资[2000]1656号文)。

2000年11月4日,来自俄罗斯的2号制冷机经过一年的改造,在为超导线圈实验供冷的首轮调试中一次获得成功。4日凌晨1时,制冷机降至氦液化温度并生产出液氦。

2001年5月31日,HT-7U主机的两个大部件--外真空、真空室本体的外协加工合同举行了签字仪式(右图),标志着HT-7U主机正式进入加工制造阶段。

2001年8月20日,HT-7U电流引线装入实验杜瓦(左图)。

2001年8月22日,HT-7U纵场线圈的重要加工设备—XK2425/IB数控龙门铣 (武汉机床厂提供)经过安装、调试,成功通过验收(右图)。纵场超导磁体的最外面是一个设计尺寸精度高,体积大、超薄、槽深、全焊接的大型D形截面线圈盒。通过外协单位加工的线圈盒焊接毛坯件在放入一次VPI处理的纵场线圈后经过封焊,将在数控机床上进行精加工。

 

2001年8月26日,HT-7U的600米CICC哑导体试制成功。

2001年10月29日,HT-7U大型超导模型线圈(左

 

图)实验成功。22日晚7:00超导实验系统开始降温,27日2:20进入超导状态,14:00模型线圈达到接近工作温度的5.5k,14:20模型线圈开始进行多种模式的加电流实验,28日连续进行的大电流、较大电流变化率等实验均获得成功,各系统工作状态基本正常。

2001年11月27-28日,经过现场测试,VPI-1000型环氧树脂真空-压力浸渍设备(右图)已达到并优于合同规定的各项技术指标,顺利通过设备验收。

2002年2月6日,HT-7U第一饼1:1的代用料纵场线圈绕制完毕(左图)

2002年3月11日,HT-7U第一根用于超导纵场线圈的604米的CICC导管顺利诞生。20日该导体压方成型(右图)。HT-7U需要生产58根,长32公里的导体,共有2900多个接头。为了确保接头质量,使用了六种检测方法(X光、超声、着色、内窥镜加塞规、真空检漏和打压),严格按要求逐一对接头进行检测。为解决缆线从要求1毫米间隙的600米长管中穿过,特别设计了一种小直径的拉绳卡头,获得了国家专利权。CICC导体预压成形的工艺通过不断摸索实践,最终达到了0.1毫米的尺寸控制精度。

2002年4月3日,HT-7U超导中心螺管模型线圈成功脱模,标志着中心螺管模型线圈VPI成功结束。

2002年4月9日,HT-7U第二根600米CICC导体完成穿缆后顺利压方成型。

2002年7月13日,龙门结构CICC导体予弯成型机已开始绕制TF002A线圈(左图),它可与悬臂结构成型机同时进行绕制,绕线进度能提高一倍。

2002年8月21日,绕线车间第一条生产线的悬臂结构CICC导体予弯成型机上的TF001B下线。8月27日,第二条生产线的龙门结构CICC导体予弯成型机上的TF002A线圈下线(右图)

2002年12月9日,HT-7U超导线圈VPI设备—4200型环氧树脂真空压力浸渍设备通过验收(左图)。这套为HT-7U专门研制的设备,是国内第一套集真空、压力、浇注功能于一体的VPI设备,是国内目前最大的真空压力浇注设备,也是同类设备中技术要求最高、技术含量最高的VPI设备。它具有高真空度,较先进的薄膜脱气,安全、易控、均温的导热油加热系统和性能可靠,自动化程度高的液压、错齿、氟橡胶密封结构。该设备在沈阳出厂前已进行了严格的检验,并获得了压力容器合格证。

2003年3月16日,HT-7U纵场哑缆线圈完成VPI固化(右图)

2003年5月12日,HT-7U第一个纵场线圈VPI处理成功。VPI处理成功后的纵场线圈,外观规整,色泽透明。其整体性,绝缘强度,尺寸误差等完全符合设计要求。

2003年5月12日,HT-7U取得了重大进展――第一个超导中心螺管原型线圈(左图为电脑设计图)成功通过性能测试。中心螺管线圈是HT-7U最关键的部件,其作用是通过快速磁通变化产生初始阶段的等离子体电流。“五一”期间在实验杜瓦内安装连接了超导中心螺管线圈。6日实验系统开始降温。11日达到超导工作温区后开始了性能测试。由于性能测试必须在快速变化的大电流条件下完成,对失超保护技术、电源及其控制技术、低温、真空以及测量等都提出了很高的要求。12日完成了全部预期的性能测试,获得了一系列鼓舞人心的重要结果。实验显示极向场电源系统完全达到设计要求,为未来HT-7U装置的成功运行奠定了坚实基础。这次实验的成功表明HT-7U难度最大,最具挑战性的超导中心螺管线圈已经全面达到了设计要求。

2003年6月30日-7月7日,HT-7U成功进行了纵场原型线圈超导电磁性能、机械性能、热工水力性能测试(右图)。经过100小时的降温,线圈成功进入超导状态。此后模拟HT-7U装置纵场的工作条件,分别进行了纵场原型线圈在14.3千安和16千安电流下的超导实验,并在6.8K温度下测试了该线圈的失超电流。结果显示,线圈的性能达到设计参数,完全满足未来HT-7U运行的要求。HT-7U的纵场线圈外形为D型,共16个,沿环向排列组成纵场线圈系统,提供稳定的环形磁场以约束等离子体。

2003年7月28日,HT-7U超大型的第3台绕线机正式投入生产(左图)

2003年8月7日,HT-7U的TF005超导磁体开始性能测试实验。

2003年10月,项目名称由HT-7U改为EAST。

2003年10月10-11日,25名来自英、德、美、日、俄、法、印等国的著名聚变研究所所长和国际聚变研究组织负责人以及“国际热核聚变试验堆”计划负责人组成的国际顾问委员会对EAST进行了考察评估。专家们认为:EAST将是一个对世界聚变研究产生重要影响的先进科学设备、是世界上第一个同时具有全超导磁体和灵活的冷却结构的托卡马克,能实现稳态运行。EAST是中国聚变研究向前迈出的一大步,使中国新一代聚变研究人才的培养取得了巨大成功。EAST具有先进的等离子体形状(非圆截面)、偏滤器功率和杂质处理能力,能开展稳态条件下的关键物理和工程问题研究,与聚变堆和ITER的建设直接相关。

2003年10月15日,EAST第一个极向场大线圈完成绕制。

2004年3月2日,EAST第一个极向场大偏滤线圈完成绕制。

2004年3月30日,EAST极向场超导大线圈的真空压力浸渍获得成功(左图)。这是一项高技术、高难度、高风险的创新性工作,属国内首创。该项目的研制成功,标志着EAST大科学工程重大技术难题又一次获得突破。

2004年4月1日,EAST首件纵场超导磁体通过专家评审组的验收(右图)。该大型D形超导磁体为EAST装置的TF3号纵场磁体。研制过程中 采用了多种属国内创新性的关键技术和独到工艺。经严格检验表明磁体质量优良,完全达到了设计指标要求。该磁体打研制填补了国内大型超导磁体的空白,为国际聚变界做出了重要贡献。研究中取得的经验和教训,为以后的ITER(国际热核聚变试验堆)积累了宝贵的经验。

2004年6月12日,随着最后一根管内铠装电缆超导导体(CICC)的收缆成功,CICC生产线高质量地完成EAST所需的全部CICC导体。

2004年9月2日,由芜湖造船厂研制加工的EAST的核心部件、超导磁体最重要的结构部件之一--超导纵场线圈盒焊接坯件通过了验收。芜湖造船厂已经完成了所承担的EAST所有坯件的加工,比原计划提前了4个月零10天(左图为2002年6月18日纵场线圈盒在芜湖造船厂正式开工)。经过多次成型和焊接工艺实验,攻克了316LN超低碳高氮无磁不锈钢的大面积施焊、大型复杂轮廓焊接组件的焊接应力消除及变形控制等大量的重大工艺技术难关,填补了国内的空白,达到了国际先进水平,对EAST的建设做出了重要贡献。

2004年9月底,EAST按工程进度要求高质量完成了全部34个纵场线圈,7个中心螺管线圈,4个极向场大线圈,4个偏滤器线圈和2个试验线圈,总共51个大型超导线圈的绕制任务,线圈外形尺寸偏差小于1.5毫米,达到了国际先进水平。

2004年10月14日,EAST组成的验收小组赴上海锅炉厂核化公司 ,对完成加工的EAST外真空杜瓦的中环、封头两组件的检验数据报告和表面处理状况进行了检查复核(右图)。验收组认为,杜瓦两组件的总体质量优良,达到了设计要求 ,尤其在窗口位置和分度等精度控制方面达到较高水平,同意验收。

2005年3月18日,EAST顺利完成第九个TF线圈的套装,开始第四组纵场线圈预组装(16个TF线圈,共分四组预装)。

2005年8月22日,EAST重达15.7吨的中心螺管组件和重8.7吨的上部偏滤线圈安装到位(左图)

2006年1月,EAST完成了预总装,2月20日进入抽真空和降温、通电实验阶段。

2006年3月13日21点55分,EAST第12号极向场线圈通电获得成功(右图为通电实验波形图)。本次实验目的是检测磁体、线圈盒、传输线等部分的热工水力特性,失超检测对极向场线圈补偿调试,电磁测量系统调试,接头电阻调试以及极向场电源控制系统优化等等。采集到的实验数据显示,12号极向场线圈首次通电的最大电流为1千安,通电时间为45秒,上升、下降率为50安/秒。实验中对12号和14号极向场磁体共进行了22次通电实验。参加本次实验的有真空、低温、极向场电源、纵场电源、技术诊断、电磁测量、水电供给、总控等8大系统,各系统不同程度地达到了实验目标。次日起对其余的极向场线圈分别进行通电实验,成功后将进行极向场线圈整体通电实验,并进行纵场线圈通电实验。

2006年3月17日,EAST完成了首次工程调试(左图)。首次工程调试的主要目的是检验主机的性能以及相关分系统的能力,探索未来可行的运行模式,测量主机和主要分系统的关键技术参数,验证各种安全保护系统的可靠性 ,为成功运行提供必要的数据和积累经验。在调试中,最受关注的低温调试和磁体通电测试获得圆满成功。在真空和低温条件就位后,从3月13日到3月17日对纵场磁体和12个极向场磁体分别进行了260次通电测试。最长通电时间达到5000秒,最大电流达到8200安培,相对应的装置中心场强已达到2特斯拉。总控系统、真空系统、低温系统、数据采集系统、水冷系统、电源系统、装置技术诊断系统、失超保护、真空磁位形测量系统、超导传输线、高温超导电流引线、铜电流引线以及等离子体控制系统运行正常,保证了通电测试的安全和成功。

2006年9月26日,EAST在第一次等离子体放电实验过程中,成功获得了电流大于200千安,时间接近3秒的高温等离子体放电(左图),标志着世界上第一个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置已在中国首先建成并正式投入运行。EAST开始转入物理实验阶段,在全超导磁体稳定运行条件下,获得了最大电流500千安、9秒重复放电、大拉长比偏滤器等离子体等多项实验成果。相关的设计理念和工艺技术创新还包括大型超导磁体的设计和制造、大规模超低温制冷技术、任意可控的急剧变化大电流设备技术等都属国内首创并达到了国际先进水平。

2006年10月13-14日,EAST国际顾问委员会第二次会议在合肥召开(右图)。29位来自国际热核聚变试验堆(ITER)计划和欧、美、俄、日、韩、印等世界一流聚变研究机构的负责人及资深科学家参加了会议。会议听取了EAST工程总论、工程进展、首次实验结果和未来实验计划等报告,并到实验大厅现场参观了放电实验和各子系统。国际顾问们对EAST工程的建设、系统改进、今后的实验计划和研究等进行了长达10个小时的深入讨论, 所形成的会议报告指出:EAST是世界上唯一类似ITER全超导磁场设计的托克马克装置。委员会对EAST的高质量建设留下了深刻印象。在如此短暂的时间内自主完成设计、预研、建设和试运行,成就了世界聚变工程的一个非凡业绩。这一杰出成就是全世界聚变能开发的重要里程碑。高功率加热、电流驱动和更完善的诊断是EAST是未来深入研究计划所必须的。这些计划一旦实现,EAST将会在发展稳态高性能等离子体物理的科学研究计划中处于世界前沿地位,进而为支持ITER和聚变能发展作出贡献。建议给予足够的资源支持来尽快实现这些科学目标。

2006年10月16-22日,被誉为“核聚变奥运会”的第21届世界聚变能大会(IAEA)在成都举行(左图)。世界聚变能大会是国际核聚变研究领域的最高水平学术会议, 每两年一届,这是是第一次在发展中国家举行。包括国际原子能机构副总干事Burkart教授以及国际聚变研究理事会主席等在内的800余位中外科学家参加了会议。以往的IAEA大会通常只有欧洲的JET,美国的DIII-D,和日本的JT-60U三个托卡马克被列在第一节报告中。EAST总经理万元熙在本次会议上做了首个报告(key note),可见国际聚变界对第一个全超导托卡马克EAST的高度关注。报告结束后,全场起立热烈鼓掌,这是聚变能大会历史上的第一次。会议期间,众多国外研究所与大学除了祝贺以外,纷纷表示了强烈地与EAST合作的意愿,已达成了十多项双边合作项目并签署一项双边合作协议。路院长的贺信指出:全超导非圆截面托卡马克EAST核聚变实验装置实现首次放电实验,标志着EAST装置工程实验进入了新的阶段,也表明了中国科技工作者有能力自主实现具有国际先进水平的大型科学工程实验装置的建设和运行。EAST投入实验运行将为我国乃至世界核聚变研究提供了一座新的实验平台 。

2007年1月14日23时-15日1时,EAST连续放电四次,单次时间长约50毫秒,第二轮物理实验开始。这轮实验的主要目标不是追求放电时间的长短,而是旨在2006年获得圆形截面等离子体的基础上获得非圆截面等离子体,具有重要意义。

2007年1月29日,中国科学技术协会所属的科技核心期刊《科技导报》评选的2006年中国重大技术与工程进展在北京揭晓,EAST装置建成与“太行”发动机研制成功、秦山二期核电站通过验收等14个项目入选。

2007年2月15日,科技部基础研究管理中心和中国科学技术协会学会学术部公布了2006年度“中国基础研究十大新闻”的评选结果,EAST项目因具有原创性、新闻性和广泛社会影响的代表性入选。

2007年3月1日,EAST顺利通过国家验收。国家发展改革委在合肥主持召开了EAST国家验收会(左图)。验收委员会听取了项目建设情况、专家测试、专家鉴定和中科院的预验收意见,审阅了有关专业验收材料,并实地考察了EAST装置,一致认为:项目技术工艺符合设计要求,装置主机及其各子系统均达到或超过设计指标,成为世界上成功运行的第一个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置。项目全面优质地完成了建设任务,实现了预定的各项指标,同意该项目通过国家验收。

2007年4月10日,等离子体所承担的“中美托卡马克先进运行模式联合研究”项目通过验收(右图),核工业西南物理研究院参加了这个项目。验收专家组审阅了项目结题验收材料,听取了项目执行情况的总结报告,并进行了现场考察和咨询。专家组认为:项目全面完成了合同书的规定内容,达到了预期目标,同意该项目通过验收,建议项目承担单位坚持有效的国际合作方式,扩大合作领域,希望相关部门给予进一步的支持。该项目的实施有效地利用了美国磁约束聚变科学和技术资源,掌握了诊断、数值模拟和控制等关键技术,解决了制约我国磁约束聚变研究中部分瓶颈问题,提高了我国核聚变领域的技术和物理研究水平,缩短了与国际聚变研究的差距,并培养了一批磁约束聚变领域急需的人才,锻炼了队伍,为更广泛的国际合作打下了良好的基础。

2007年8月27日,EAST从俄罗斯ISTOK研究所低杂波系统末批KU-2.45型微波速调管成功通过验收(左图)

2007年12月3日,经过数月的努力,EAST内部部件改造已完成了加热衬套、硼化水管、高场侧单匝环固定支架等的安装,进行了热沉材料超声探伤全检,完成了在模拟1/16段工装上进行热沉支撑和模拟热沉的试装,热沉冷却水管的成型、开孔及转接喇叭口的焊接,还完成了高场侧、外靶板首件热沉的加工,并陆续开展工艺评审和首件验收,内部部件改造已开始进入总体安装阶段。

2007年12月31日,EAST内部部件1/16段预装工程通过了验收。1/16段预装采用1:1真实模拟EAST真空室内热沉组件、冷却水管安装全过程(右图)。本次预装使EAST真空室内部部件改造安装的工艺、工序、工装、工具的合理性和实用性得到了验证。

2008年3月26日,中科院2008年度工作会议上传来好消息,EAST大科学工程研究集体荣获中国科学院2007年杰出科技成就奖。

2008年4月23-24日,ITER最重要的事务会议IO(International Organization)-DA(Domestic Agency)协调会在等离子体所召开(左图)。ITER国际组第一副总干事Norbert Holtkamp及ITER项目办公室主任Eisuke TADA等ITER国际组织高层代表主持会议,中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国的各DA方高层代表参加了会议。该会议是IO与各成员国的DA负责人进行重大事务沟通和协调的例会,会议通报和讨论各重大设计更改和评审、通报和研究科技顾问委员会(STAC)和技术咨询委员会(TAG)会议的建议,讨论和准备向ITER理事会提交的报告以及讨论了各国采购包的计划进度、资源计划、经费调整等事项。会议代表参观了EAST装置和正在建设的ITER CICC穿管线工程。

2008年5月12日,在EAST装置真空室内部组件安装总体验收会上,等离子体所李建刚所长宣布EAST装置真空室内部组件安装全面胜利完成。真空室内部组件安装涉及到九大课题项目,共计零部件五万九千多件。安装工程于2008年元月14日开工,5月8日结束,经过3个多月的艰苦奋战,EAST装置真空室内部组件安装任务以其高质量、高速度圆满划上句号。这是EAST装置建立以来第一项大工程。

2008年12月3日,EAST内部部件第二次改造工程全面完成,顺利通过验收。各相关部门做了工作汇报,介绍了责任工程师和施工单位精诚合作、协力攻关,突破众多工艺技术难点,制定出安全可靠、切实可行的解决方案并严格贯彻实施等情况。(右图为改造后的真空室) 此次改造工程从10月13日开始,历经53天,涉及机械安装、真空检漏、准直测量等多个学科,工程量大,技术复杂,在聚能公司、科烨公司、总体设计室、六室等部门的努力下,最终比计划提前7天,优质高速地完成了这项光荣而艰巨的使命,为顺利实现下一轮放电实验争取了宝贵时间,也为未来的聚变工程建设积累了经验;此次内部部件改造不是简单的安装重复而是一场技术攻坚战,在诸如防松紧固、位移测量、石墨瓦改造、拆装维修等方面取得了重要突破,为未来的工作积累了宝贵的工程实践。”与会专家对改造工程完成的质量和速度给予充分肯定,对改造过程中体现出的良好合作和协同攻关以及质量管理工作等给予了很高评价,同时对各方面的工作提出了希望和要求。会议通过了对改造工程同意验收的验收意见。

2009年11月13日,EAST/HT-7低温系统改造工程的子工程“液氮传输线改造工程”顺利竣工,已成功实现液氮传输功能。改造后的液氮传输线跨度约150米(改造前约30米),传输线越长越容易产生气堵、漏液、真空难抽等困难;改造后的输液线最大落差将近10米(从地沟到桥架),落差大容易产生气阻、液氮传输消耗大等问题。 

 

2009-08-31 09:31

 

 
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